桥梁设计中的安全性和耐久性问题

刘跃勇

(贵州省交通设计研究院股份有限公司)

桥梁设计中的安全性和耐久性问题

刘跃勇

(贵州省交通设计研究院股份有限公司)

对影响桥梁安全性及耐久性的原因进行了分析，最终针对所存在的问题提出了相关强化策略，为桥梁设计的优化提供一些具有价值的参考凭据。

桥梁设计;安全性;持久性;问题

1 桥梁安全性、耐久性不足的危害

(1)桥梁的安全性与耐久性不足会影响到桥梁运营，维护起来也会有困难，严重的会造成惨重的人员伤亡和经济损失。(2)据国际相关统计桥梁工程事故数据，严重的工程事故80%都是人为因素造成的，主要体现在桥梁结构的安全、质量和管理方面。一旦桥梁结构病变不能及时地维护或是拆除，那么工程就会不定时地出现垮塌，造成严重的损失。(3)恶劣的环境社会影响。很多新建以及改建的桥梁在不断立项同时，不断进行加固维修或是拆除使用年限桥的工程，例如我国某大桥，它是高速上的一座预应力连续梁桥，跨径组成为3联4×40 m，桥梁全长495.43 m，该桥因为承载能力降低，不能满足使用要求，经专家多次论证后，需进行拆除。

2 影响桥梁安全性及耐久性的原因分析

2.1 设计理念较为落后

社会经济的发展，带动了我国桥梁事业的发展，以此同时桥梁施工技术水平也逐渐提升。然而，由于受到传统设计理念的影响，导致我国桥梁在设计方面存在滞后的现象。桥路的设计不但需要对建设成本加以考虑，还需要对设计的可靠性及安全性加以考虑，保证设计的可靠性及安全性，才能使桥路质量得到有效增强，进一步才能够保证人民的人身财产安全。然而现状下，部分设计工作人员却没有对桥梁材料强度的规范性加以考虑，在施工设计过程中没有结合安全性能以及构造体系等要素进行优化设计，进一步使桥梁的整体质量受到很大程度的考验。

2.2 施工管理水平普遍较低

在我国桥梁建设过程中，普遍存在施工管理水平低的现象。在施工管理过程中，普遍存在选材不规范、不科学的现象，使得实际设计很难达到预期的标准。与此同时，还存在偷工减料的现象，从而导致桥梁的整体质量大大降低。除此之外，由于施工人员综合素质较低，没有有效的施工技术作保障，在施工过程中，存在盲目施工、不按相关规范流程施工的现象，进一步使桥梁的整体质量饱受考验。

3 在开展桥梁设计工作中提升桥梁安全性与耐用性的途径

3.1 提高对桥梁结构上耐久性问题的认识

(1)耐久性设计的总体流程。

有关混凝土结构服务寿命设计计算的方法是基于破坏概率的统计理论发展来的，参数考虑的出发点是将时间性能与承载性能结合为一个参数，那就是总荷载中包括环境对结构的作用，例如机械荷载与气候作用，气候主要包括阳光、温度、水分、污染物等;总性能包括承载力、密实性、裂缝、表面平整度等。首次在实际的耐久性设计中融入统计理论，对于混凝土结构寿命的安全系数的提升具有重要的意义。在进行混凝土耐久性参数设计中，将静态与动态性能参数有机地结合在一起，提出了基于使用寿命的耐久性设计方法。普通力学的设计静态、疲劳、动态结构尺寸，结构的初步尺寸、配筋量、混凝土的强度确定下来，耐久性设计要对结构的服务寿命和设计寿命确定下来，还要对桥梁工程建设的外部环境进行分析后确定耐久性设计。同时要确定劣化机理，根据劣化机理来确定耐久性的模型。混凝土劣化与钢筋、锈蚀程度是确定耐久性设计的参数，优化混凝土结构体系，结构要精细，同时混凝土保护层也要优化。

(2)建筑结构耐久性设计考虑因素的分析。

对于桥梁结构的耐久性研究主要是对影响桥梁结构耐久性的因素进行分析，影响桥梁结构耐久性的材料因素有:材料性能的退化、结构的变形等。出于全寿命的经济性的耐久性设计方法是根据材料的物理化学特性变化进行，一旦物理化学特征发生变化，说明桥梁结构耐久性不足。物理变化如混凝土结构出现裂缝、钢筋以及钢结构构件腐蚀都会使结构的耐久性降低，因此，分析材料的性能对于桥梁结构的耐久性研究有着重要的意义，同时还能对混凝土结构耐久性设计方法进行完善，材料性能的退化是研究的主要内容。首先，从建筑材料分析，哪种材料更加有利于结构耐久性之前，要分析混凝土结构的碳化、氯离子侵蚀和钢筋锈蚀程度，混凝土耐久性的基本要求如表1所示。其次是钢结构以及构件的耐久性设计方法，要对构件进行模拟实验锈后构件的承载能力进行计算，通过计算的结果确定构件的使用周期有多久。

表1 结构混凝土耐久性的基本要求

(3)耐久性设计具体实施方法。

①结构的使用寿命以及机构极限的耐久性。要根据桥梁工程的设计年限以及结构耐久性等级来确定机构的使用寿命和耐久性，在我国桥梁工程中，对于使用寿命问题没有标准的规定，不同的桥梁工程的使用寿命都没有唯一固定的范围，在进行耐久性设计时，不要忽视桥梁结构在运行中，由于外界因素的影响到结构耐久性，虽然在设计中已经对耐久性能的确定依据强度的极限状态。耐久性设计要考虑到的耐久性极限，包括适用性、安全性、经济性，适用性极限的结构需要全面维修恢复使用功能，安全性极限要确保结构能够承受最大的承载力分界值。经济性极限是指桥梁结构中不能通过修复恢复正常使用的部分，丧失使用功能的同时，就不再具有经济性。②通过勘察分析影响结构耐久性的因素。在桥梁工程开始前，要对桥梁施工现场进行勘察，对于所在地的气候以及地质条件、环境进行分析，通过查找相关资料，研究分析这些因素会对桥梁结构影响作用下的退化机理，最后确定结构耐久性。③建立耐久性模型，并计算耐久性参数。耐久性模型的建立以及计算公式，需要在分析影响耐久性因素的基础上进行。将影响参数带入计算公式计算机构的耐久度。例如，建立基于材料碳化的结构耐久度的计算，需要考虑材料的碳化深度、剩余碳化深度、环境因子，结构应力等多种因素。④耐久度的确定要通过不断地修改耐久性设计公式以及模型，耐久性参数会影响到结构的应力，因此，在设计耐久性时，要考虑到应力效益，例如混凝土保护层厚度、钢筋的锈蚀程度等，耐久性的参数要适时地进行修正。

3.2 超载桥梁管理与设计

通常情况下，超载桥梁所指的是以下三种桥梁:首先是针对那些修建时间比较久的桥梁而言的;其次是针对桥梁自身的承载负荷量而言的;最后是针对通过桥梁车辆的违规超载行为而言的。以上问题产生的原因有:首先是桥梁荷载的设计问题;其次是管理问题。而要想从根上解决这一问题就需要同时抓好这两个问题。首先是要求交管部门要强化管理与维护;其次要求相关部门要针对问题探寻原因，总结经验与不足，从而实现在设计上的进步。

3.3 强化对桥梁工程施工质量的监管

当前我国桥梁在设计方面主要呈现出的问题为:使用性能差、安全性能以及耐用性能得不到保障。而这些问题产生的原因一方面来自施工质量与施工监理;另一方面则是来自于桥梁的设计问题。因此，这就要求我国桥梁工程要在提升施工工艺与施工技术的基础上，进一步加强对工程施工质量的监管，与此同时，要借鉴国外在桥梁设计方面的先进经验，实现我国桥梁设计技术的提升，从而使我国桥梁的安全性与耐久性得到保障。

4 结束语

综上所述，桥梁的耐久性与安全性不仅关系到了桥梁的使用效益，还直接影响到人们的生命安全，因此，为了确保桥梁的质量，就需要从设计环节上就抓好桥梁安全性与耐久性问题。这就要求首先要提高对桥梁结构上耐久性问题的认识;再次同时抓好超载桥梁的设计与管理工作，最后要强化对桥梁施工质量的监管，并积极借鉴国外先进的设计理念，从而在提升我国桥梁的安全性与耐久性的基础上，确保实现桥梁工程的综合效益。

［1］ 李新琴，杨俊慧.桥梁设计中的安全性和耐久性分析［J］.交通标准化，2012，11(15):13－15.

［2］ 徐凯东，李博.桥梁设计中搞得安全性与耐久性问题［J］.黑龙江交通科技，2009，3(2):72－73.

［3］ 赵逵.桥梁设计中的安全性与耐久性研究［J］.中国新科技新产品，2011，8(4):151.

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2015－05－22